制药分离工程-第五章反胶团萃取与双水相萃取

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双水相萃取
•发展历史
•1896年荷兰微生物学家Berjerinck发现琼脂水溶液与可 溶性淀粉或明胶水溶液混合时形成双水相现象。
•1956年瑞典lund大学的Albertsson教授及其同事开始对 双水相系统进行比较系统研究。测定了许多双水相系 统的相图，考察了蛋白质、核酸、病毒、细胞及细胞 颗粒在双水相中的分配行为，为双水相萃取系统的发 展奠定了基础。只局限于实验室内的测定和理论研究 。
反胶团萃取
•反胶团萃取蛋白质的过程：
•蛋白质进入反胶团溶液是一种协同过程。
•表面活性剂同临近蛋白质发生静电作用而变形---》在 两相界面形成反胶团----》扩散到有机相中。----》改 变pH,离子种类、强度等，可使蛋白质由有机相重新返 回水相，实现反萃取过程。
反胶团萃取
•蛋白质溶入反胶团的推动力： •1.静电作用力（最直接的因素是pH值,与等电点PI）。 •2.空间位阻效应（水池的大小和形状）。
数K的因素，包括环境因素，相系统性质和组成就可以改变物质
的分配系数。
双水相萃取
•普通双水相萃取是指主要依靠空间位阻分配和界面电位 分物配/•盐的系双统水的相萃萃取取，，它如们利发用展聚最合早物，/聚也合是物研系究统最和多聚和合应 用最多的双水相系统，也是其它分配萃取系统的基础。 为了改进萃取效率和分离效果，利用控制相系统的pH或 在相系统中加入盐或有机溶剂的方法提高目的物的分配 系数。
反胶团萃取
•1977年，瑞士学者Luisi等人首次提出用反胶团萃取蛋白质， •但并未引起人们的广泛注意。 •20世纪80年代，生物学家们才开始认识到反胶团萃取的重 •要性。
反胶团萃取
•胶团（micelles): 将表面活性剂溶于水中，当其浓度超 过临界胶团浓度时，表面活性剂就会在水溶液中聚集在 一起形成聚集体，称为胶团。 •水溶液中胶团的非极性基团在内，而极性基团在外。
双水相萃取
•双水相系统：因两种水溶性聚合物的水溶液，或一种 水溶性聚合物水溶液与盐溶液混合时的不相容性而形成
有明显界面的两相系统
•特点：两相均含有大量的水（高达80%以上），
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界面张力小，一般只有0.5-10-4mN/m，
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萃取环境和条件温和，
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生物相容性好，有时有稳定作用；
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分配系数可控：聚合物修饰、相系统组成、
反胶团萃取
• 影响反胶团萃取蛋白质的主要因素： 1. 与反胶团有关的因素：表面活性剂种类、浓度， 有机
溶剂种类，助表面活性剂及其浓度 2. 与水相有关的因素：pH值，离子的种类，离子的强度 3. 与目标蛋白质有关因素：蛋白质的等电点、大小、浓
度、表面电荷分布 4. 与环境有关的因素：系统的温度、压力
反胶团萃取
•反胶团的形状和大小 •反胶团的形状多为球形或近似球形，有时也呈柱状结构 。 •半径：一般10-100nm, 取决于盐的种类和浓度、溶剂、 表面活性剂的种类和浓度以及温度。 •W0=[水]/[表面活性剂]
反胶团萃取
•水池的性质： •水池提供亲水微环境，可溶解氨基酸、肽、蛋白质等。 •当含水率较低时，“水池”内水的理化性质相差悬殊。 •W0小于6-8时， 池中水的表观黏度上升50倍，疏水性也 极高。 •由于有较高的电荷浓度，“水池”中水的pH值不同于主 体的pH。
反胶团萃取
•常用的表面活性剂： •阴离子表面活性剂：丁二酸-2-乙基己基酯磺酸钠 •阳离子表面活性剂：溴化十六烷基三甲胺，溴化十二 烷基二甲胺，氯化三辛基甲胺
源自文库
反胶团萃取
•丁二酸-2-乙基己基酯磺酸钠
• 丁二酸-2-乙基己基酯磺酸钠（AOT),最常用，原因： 1. 易于获得 2. 具有双链，极性基团小，形成反胶团时，不需要加入助表面活性剂 3. 形成的反胶团半径较大，有利于大分子蛋白的进入
双水相萃取
•分配系数
• 一种物质在两相系统中的分配行为可用分配系数来
描述，分配系数K为该物质在上相和下相中的浓度之
比。 • •
•此处cT和cB分别为上相和下相中的目的物质浓度。当目的物质主
要分配在上相时，分配系数K值大于1，并随在上相中浓度的增加
而增加；反之，目的物质主要分配在下相时，分配系数K值会小 于1，并随在下相浓度的增加而减小。控制能够影响物质分配系
双水相萃取
•1.双水相系统含较高浓度的水溶性聚合物和盐，会带 到产物中，去除需要辅助处理方法。 •2.成本较高。即使水溶性聚合物和盐尽管回收再用。 •3.选择性较低，分离纯化倍数低，一般只适用于粗分 离。
双水相萃取
双水相萃取
•选择双水相的原则
•1.能够获得高的产物回收和生物活性回收，高的分 离纯化倍数； •2.系统的物理化学性质有利于大规模的应用，有良 好的工艺性能，系统黏度低，相分离快，达到相平衡 时间短，工艺参数容易控制，工艺条件可调性范围大 ； •3.系统经济，成本低，无毒，适合大规模应用。
•反胶团（reversed micelles): 将表面活性剂溶于有机溶剂 中，当其浓度超过临界胶团浓度时，表面活性剂就会在 有机溶液中聚集在一起形成聚集体，称为反胶团。
•有机溶液中胶团的非极性基团在外，而极性基团在 内。
反胶团萃取
•在反胶团中，极性基团排列在内，形成一个极性核， 溶解水后，就形成“水池”，起保护作用，使蛋白质 不失活。
双水相萃取
•发展历史
•Kula教授研究小组对双水相的应用、工艺流程、操作 参数、工程设备、成本分析等进行了大量研究，在应 用上获得成功。1978年首先将双水相萃取技术用于酶 的大规模分离纯化，建成了一套工业装置，达到 20kg/h的处理能力，分离纯化了几十种酶，也应用于 基因工程产品的分离。 •双水相萃取可分离多肽、蛋白质、酶、核酸、病毒、 细胞、细胞器、细胞组织，以及重金属离子等，近年 来，还应用于一些小分子，如抗生素、氨基酸和植物 的有效成分等的分离纯化。作为反应系统用于酶反应 ，生物转化，发酵的产物生产与分离的集成。
制药分离工程-第五章反 胶团萃取与双水相萃取
2020年6月2日星期二
第五章 反胶团萃取与双水相萃取
•1 •反胶团萃取 •2 •双水相萃取
反胶团萃取
•技术发展背景：
•随着生物工程的发展，传统的溶剂萃取方法难以应用于一些 •生物活性物质（如蛋白质）的提取和分离。急需研究和开发 •易于工业化的、高效的生化物质分离方法。 •反胶团萃取（reversed micellar extraction) •P72页英文单词错误。